鄭 偉

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000)

隨著我國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展，土壤中重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。土壤中的重金屬可以通過(guò)農(nóng)作物進(jìn)行食物鏈的傳遞，對(duì)人類(lèi)健康造成危害，因此被重金屬污染的土壤需要進(jìn)行治理、修復(fù)以消除重金屬對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害。通過(guò)檢測(cè)土壤中的重金屬，可以判別出土壤重金屬的類(lèi)別和污染情況，從而采取針對(duì)性的修復(fù)措施，因此對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行檢測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 土壤中重金屬來(lái)源及種類(lèi)

土壤重金屬污染是指由于工業(yè)三廢的排放、礦山開(kāi)采、城市垃圾的排放、農(nóng)藥的不合理使用等人類(lèi)活動(dòng)而造成土壤中重金屬含量過(guò)高的現(xiàn)象。污染土壤的重金屬通常指鉛(Pb)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)和類(lèi)金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素及有一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)等元素。

2 土壤重金屬檢測(cè)前處理方法

因土壤成分較復(fù)雜，土壤中含有大量硅酸鹽等無(wú)機(jī)鹽及蛋白質(zhì)等少量有機(jī)物，在檢測(cè)土壤中重金屬操作前，需對(duì)土壤樣品進(jìn)行前處理以純化和濃縮樣品。土壤樣品的前處理效果直接影響到測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，是土壤中重金屬檢測(cè)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前土壤中重金屬檢測(cè)常用的樣品前處理方法有濕法消解、熔融法、微波消解法、干灰化法和萃取法。

2.1 濕法消解法

使用無(wú)機(jī)強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑溶液對(duì)土壤進(jìn)行濕法消解，可以將土壤中的有機(jī)物質(zhì)分解、氧化，使待測(cè)組分轉(zhuǎn)化為可測(cè)定形態(tài)。濕法消解用到的加熱設(shè)備包括電爐、電熱板、微波消解儀、水浴鍋、油浴鍋等。消解土壤樣品常用的無(wú)機(jī)酸種類(lèi)包括硝酸、鹽酸、高氯酸和氫氟酸等。

2.1.1 電熱板法

電熱板法是采用混合酸來(lái)消解土壤樣品的敞口式濕法消解法，操作簡(jiǎn)便，可大批量處理樣品。但耗時(shí)長(zhǎng)、會(huì)釋放出有毒有害氣體、易損失揮發(fā)性元素。電熱板法常用的混合酸體系有HNO3+HF+HCl+HClO4、HNO3+HF+HCl、HNO3+HClO4+HCl、HCl+HNO3+H2SO4等。呂子健[1]等采用HNO3+HF+HCl+HClO4消解體系，通過(guò)電熱板消解土壤樣品中的鉻、鉛、鎘 3 種元素。

2.1.2 水浴消解法

水浴法消解土壤樣品所需儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，操作步驟簡(jiǎn)便，加酸量小，耗時(shí)短，無(wú)需趕酸，可大批量消解樣品。胡芳[2]采用王水水浴消解土壤樣品，再利用原子吸收儀和原子熒光儀測(cè)定了土壤中8種重金屬含量。

2.2 微波消解法

微波消解法具有自動(dòng)化程度高、耗時(shí)短、消解完全、基體干擾少等優(yōu)點(diǎn)。邢躍雯[3]使用HNO3+HF消解體系微波消解土壤樣品，通過(guò)ICP-MS 內(nèi)標(biāo)法測(cè)定土壤中 Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb 六種重金屬元素。焦二虎[4]采用硝酸-鹽酸-氫氟酸-雙氧水消解體系微波消解土壤樣品，以抗壞血酸-硝酸鎂混合液作為基體改進(jìn)劑，采用石墨爐原子吸收法測(cè)定了土壤樣品的鉛、鎘、鈷、銻、鈹含量。

2.3 熔融法

熔融法是利用熔劑與土壤樣品混合后在高溫下發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)，將待測(cè)組分轉(zhuǎn)化為易溶于水或酸的化合物。項(xiàng)朋志[5]使用過(guò)氧化鈉堿性熔劑消解云南酸性紅壤，再用火焰原子吸收法測(cè)定其中Pb、Cd、 Zn、Cu 4種重金屬的含量。

2.4 干灰化法

干灰化法是通過(guò)對(duì)土壤樣品高溫加熱除去有機(jī)物后，用酸溶解剩余的灰分。該法簡(jiǎn)單、快速，但會(huì)造成易揮發(fā)元素的揮發(fā)。賈海東[6]使用火焰原子吸收法測(cè)定土壤中的銅、鉛、鋅、鎳、鎘等重金屬，采用的是先500 ℃加熱灰化土壤樣品，然后用酸浸提的樣品前處理方法。

2.5 石墨消解法

石墨消解法操作簡(jiǎn)單，酸用量少，設(shè)備投入少，可大批量處理土壤樣品。杜健鵬[7]采用鹽酸-硝酸-氫氟酸消解體系運(yùn)用石墨消解儀進(jìn)行快速消解，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定土壤銅、鉛、鎘、鈷元素。

2.6 萃取法

在使用上述幾種方法對(duì)土壤樣品前處理，使待測(cè)元素全部進(jìn)入試液中后，可輔以萃取技術(shù)，分離、提純待測(cè)重金屬。張宇[8]用HNO3+HF+HCl+HClO4體系進(jìn)行土壤樣品的微波消解，用KI-MIBK萃取，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中的鎘含量。

3 土壤重金屬檢測(cè)方法

3.1 光度法

紫外-可見(jiàn)分光光度法是測(cè)定重金屬離子是常用的檢測(cè)方法之一，主要是利用金屬離子可以和某些顯色劑形成對(duì)特定波長(zhǎng)有吸光的物質(zhì)而建立起來(lái)的檢測(cè)方法。該法操作簡(jiǎn)單、儀器設(shè)備低廉、檢測(cè)成本低，適合于測(cè)定土壤中某一種重金屬含量。魯秀國(guó)[9]等利用KI-Cd(Ⅱ)-羅丹明B離子蒂合分光光度法測(cè)定了土壤中Cd含量。

3.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法(AAS)是基于待測(cè)元素氣態(tài)基態(tài)原子對(duì)該元素原子特征譜線(xiàn)的吸收程度來(lái)定量測(cè)定待測(cè)元素含量的一種分析方法，具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)，但不適合多種金屬元素的同時(shí)測(cè)定。根據(jù)原子化器的不同，可分為火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法。焦二虎[4]采用石墨爐原子吸收法測(cè)定了土壤樣品的鉛、鎘、鈷、銻、鈹含量，該法簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確。

3.3 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法(AFS)是根據(jù)每種元素均有自己特定的原子熒光光譜，原子熒光強(qiáng)度和試樣中待測(cè)元素含量成正比而建立起來(lái)的測(cè)定方法。該方法靈敏度高、譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，是土壤中砷、汞等重金屬含量常用測(cè)定方法。徐雅晴[10]等采用微波消解處理土壤樣品后，使用 AFS 同時(shí)測(cè)定砷、汞含量，線(xiàn)性良好，精密度和回收率也較高。

3.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)是以電感耦合等離子矩為激發(fā)光源的光譜分析方法，主要是根據(jù)待測(cè)元素離子和原子在特定激發(fā)光源下能出現(xiàn)特征輻射，特征輻射強(qiáng)度與待測(cè)元素離子濃度成正比，據(jù)此對(duì)元素進(jìn)行定量分析。該方法檢出限低、檢測(cè)速度快，可同時(shí)測(cè)定多元素，在土壤重金屬檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。倪張林[11]等以聚丙烯管為消解容器，建立了林地土壤中鋇、銅、鈷、鉻、錳、鎳、鉛、釩、鋅9種重金屬的快速消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法。

3.5 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)作為公認(rèn)的強(qiáng)有力的痕量和超痕量元素分析技術(shù)，具有圖譜簡(jiǎn)單、分析速度快、檢出限低、動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍寬、能同時(shí)準(zhǔn)確、快速檢測(cè)多種金屬元素的優(yōu)點(diǎn)。羅治定[12]等采用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提石灰性土壤樣品中有效態(tài)Cu、Zn、Fe、Mn后，通過(guò)將樣品溶液稀釋10倍～30倍及在標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中加入DTPA溶液進(jìn)行基體匹配的方法來(lái)消除基體干擾，采用氦碰撞模式消除多原子離子干擾，建立了采用ICP-MS測(cè)定石灰性土壤樣品中有效態(tài)Cu、Zn、Fe、Mn的方法。

3.6 X射線(xiàn)熒光光譜法

上述幾種土壤重金屬測(cè)定方法均需對(duì)土壤樣品進(jìn)行前處理，前處理時(shí)間占總測(cè)定時(shí)間2/3以上，不適用土壤快速檢測(cè)。X 射線(xiàn)熒光光譜法具有快速、成本低、可同時(shí)檢測(cè)多種元素等優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)已編制了將X 射線(xiàn)熒光光譜法用于土壤重金屬含量檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但未詳細(xì)規(guī)定檢測(cè)方法。倪子月[13]設(shè)計(jì)了一個(gè)富集裝置對(duì)土壤中汞進(jìn)行富集，然后用X射線(xiàn)熒光光譜儀快速檢測(cè)了土壤中汞含量，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬汞的快速檢測(cè)。楊桂蘭[14]探究了便攜式 X 射線(xiàn)熒光光譜(PXRF)法用于典型土壤中Cr、Cu、Zn、As、Pb、Ni六種重金屬的精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

土壤中重金屬檢測(cè)工作是保障人們生存環(huán)境和食品健康的必需手段。就目前研究現(xiàn)狀而言，AAS、AFS、ICP-AES、ICP-MS等傳統(tǒng)方法是土壤中重金屬檢測(cè)的主流方法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人工智能技術(shù)如高光譜遙感技術(shù)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)、磁化率技術(shù)等也開(kāi)始成為土壤中重金屬檢測(cè)的研究重點(diǎn)內(nèi)容。